CN111238165A - 基于尾气冷能利用的二氧化碳精馏装置和精馏方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于尾气冷能利用的二氧化碳精馏装置和精馏方法，属于二氧化碳蒸馏技术领域，原料气经原料气压缩机后，进入第一精馏塔，除去比二氧化碳重的组分，其余组分从塔顶出来，通过塔顶管道经第一冷凝器后部分气体被液化，再进入第二精馏塔上部，通过精馏工艺进行分离，塔底得到高纯度的液体二氧化碳，低凝点气体从第二精馏塔塔顶排出；第二气液分离器分离后尾气通过第二冷凝器对来自第一精馏塔的塔顶排出的低凝点的气体换热，提供冷能，换热后的尾气温度降为‑40～‑48℃，尾气随后通过进气换热器给原料气体降温，原料气体温度降低至20～24℃。冷能分两次给***物料降温，降低能耗，同时给原料气降温，使更多的原料气进入原料气压缩机，增加***产量。
Description
技术领域
本发明属于二氧化碳蒸馏技术领域，更具体的是涉及基于尾气冷能利用的二氧化碳精馏装置和精馏方法。
背景技术
液态二氧化碳是一种制冷剂，可以用来保藏食品，也可以用于人工降雨，它还是一种工业原料，可用于制纯碱、尿素和汽水。
目前，二氧化碳的工业生产主要是利用工业含碳废气(CO2含量＞80％)分离的方法来生产的，工业废气中除含CO2外，还会含有大量的凝点很低的N2、O2、H2、CO等。在二氧化碳精馏提纯的过程中，原料气通过低温精馏***分离，这些凝点很低的气体，始终无法被冷凝成液体，最终从精馏塔塔顶减压至常压后直接排放。
授权公告号：CN104654739A公开利用双塔精馏提纯制取食品级液体二氧化碳的装置和方法，并具体公开了：包括进气缓冲罐出口与原料气三级压缩机的进口相连，原料气四级压缩机的出口通过第一再沸器与第一精馏塔中下部的原料气进口相连，第一精馏塔底部的液相出口与收集器相连，第一精馏塔顶部的气相出口与塔顶冷凝器的气相进口相连，塔顶冷凝器的液相出口与第一精馏塔上部的液相进口相连，塔顶冷凝器的液相出口与第一精馏塔上部的液相进口之间的管道上设有第一三通，第一三通的第三端通过管道与第二精馏塔中部进液口相连；第二精馏塔底部的液相出口通过管道与第一换热器的进液口，第一换热器的出液口与二氧化碳储槽相连；具有工艺流程简单、操作简便，运行稳定和低能耗的优点。
上述专利存在的缺陷是上述过程中低凝点气体减压后会变成特低温气体，而冷能没有得到充分利用。
发明内容
本发明的目的在于：提供基于尾气冷能利用的二氧化碳精馏装置和精馏方法，以解决上述现有的利用双塔精馏提纯制取食品级液体二氧化碳的过程中，冷能没有得到充分利用，导致了耗能高产能低的缺陷。
本发明采用的技术方案如下：
基于尾气冷能利用的二氧化碳精馏装置，包括进气换热器，所述进气换热器出口通过管道与原料气压缩机的进口相连，原料气压缩机的出口与第一精馏塔中下部的原料气进口相连，第一精馏塔顶部的气相出口与第一冷凝器的气相进口相连，第一冷凝器的气液混合相出口通过管道与第一气液分离器的气体进口相连，第一气液分离器的液相出口与第一精馏塔上部的液相进口相连，第一气液分离器的气相出口与第二冷凝器的气相进口相连，第二冷却凝器的气液混合相出口通过管道与第二气液分离器的气体进口相连，第二气液分离器的液相出口与第二精馏塔上部的液相进口相连；第二气液分离器的气相出口通过管道与第二冷凝器的冷却气进口相连，第二冷凝器的冷却气出口与进气换热器的冷却气进口相连，进气换热器上还设置有冷却气出口。
本申请的技术方案中，原料气经进气换热器换热后进入原料气压缩机变为压缩气体，经管道进入第一精馏塔中下部的原料气进口，第一再沸器在第一精馏塔内，冷凝下来的液体与上升的气体传质传热，最后落到第一塔釜，第一塔釜内的第一再沸器把液体加热，一部分液体变成气体又上去，一部分流出来，从第一精馏塔塔顶排出的气体经第一冷凝器后进入第一气液分离器，从第一气液分离器液相口出来的液体进入第一精馏塔上部的液相进口，从第一气液分离器出来的气体和从从第二精馏塔塔顶排出的低凝点的气体经第二冷凝器后进入第二气液分离器，分离后的液体进入第二精馏塔上部的液相进口，第二精馏塔内的第二再沸器与第一精馏塔内的第一再沸器工作原理相同；第二气液分离器分离后尾气通过第二冷凝器对来自第一精馏塔的塔顶排出的低凝点的气体换热，提供冷能，换热后的尾气温度降为-40～-48℃，尾气随后通过进气换热器给原料气体降温，原料气体温度降低至20～24℃，之后放空尾气。将排放尾气的冷能分两次给***物料降温，冷能充分、科学利用，降低***能耗，同时给原料气降温，使更多的原料气进入二氧化碳压缩机，增加***产量，解决了上述现有的利用双塔精馏提纯制取食品级液体二氧化碳的过程中，冷能没有得到充分利用，导致了耗能高产能低的缺陷。
本申请的技术方案中，从第二气液分离器出来的尾气管道上设置有调节阀，目的是控制***压力，此外尾气进入第二冷凝器时因管径变了就自动减压了。
优选的，第一精馏塔底部设置有液相出口与第一收集器相连。第一收集器方便收集从第一精馏塔底部出来的比二氧化碳重的组分，如水、羰基硫、苯、甲醇、硫化氢等。
优选的，第二精馏塔通过管道与过冷器相连。从第二精馏塔塔低出来的液体二氧化碳经过冷器后成为可收集的液体二氧化碳。
更为优选的，过冷器的一侧设置有第二收集器，过冷器通过管道与第二收集器相连。第二收集器收集的即为符合国标GB 10621-2006食品级二氧化碳行业标准。
一种基于尾气冷能利用的二氧化碳精馏装置的精馏方法，包括如下步骤：
(1)原料气体经进气换热器后进入原料气压缩机，通过原料气压缩机变为2.3～2.5MPa的压缩气体，后经过双精馏分离，从第二精馏塔塔底得到高纯度的液体二氧化碳，从第二精馏塔塔顶排出温度为-15～-20℃的低凝点的气体，从第一气液分离器出来的气体和从从第二精馏塔塔顶排出的低凝点的气体经第二冷凝器后进入第二气液分离器，从第二气液分离器排出的尾气经减压后温度降至-63～-68℃，分离后的液体进入第二精馏塔上部的液相进口；
(2)第二气液分离器分离后排出的尾气通过第二冷凝器对来自第一精馏塔的塔顶排出的低凝点的气体换热，提供冷能，换热后的尾气温度降为-40～-48℃，尾气随后通过进气换热器给原料气体降温，原料气体温度降低至20～24℃。
优选的，步骤(1)中进入原料气压缩机的进口处的压力为18～22KPa，温度为10～35℃。
优选的，步骤(1)中进入原料气压缩机的进口处的压力为20KPa，温度为23℃。
更为优选的，步骤(1)中通过原料气压缩机变为2.45MPa的压缩气体，从第二精馏塔塔顶排出温度为-68℃的低凝点的气体。
更为优选的，步骤(2)中换热后的尾气温度降为-45℃，尾气随后通过进气换热器给原料气体降温，原料气体温度降低至23℃。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中，将排放尾气的冷能分两次给***物料降温，即第二气液分离器分离后尾气通过第二冷凝器对来自第一精馏塔的塔顶排出的低凝点的气体换热，提供冷能，换热后的尾气温度降为-40～-48℃，尾气随后通过进气换热器给原料气体降温，原料气体温度降低至20～24℃，减少***供冷量，节能降耗；
2、充分利用***自身的冷能，降低***能耗，降低投入成本；
3、给原料气降温，使更多的原料气进入原料气压缩机，增加***产量；
4、原料气压缩机在20KPa下每小时多处理583m3原料气，最终产量每小时可增加0.167吨，提高了2.4％，日积月累，日复一日，月月累计，增加的产能是不可估量的，充分体现了时间就是金钱，效率就是生命的技术效果；
5、制备的液体二氧化碳符合国标GB 10621-2006食品级二氧化碳行业标准。
附图说明
图1为本发明基于尾气冷能利用的二氧化碳精馏装置和精馏方法的结构示意图。
图中标记：1-进气换热器，2-原料气压缩机，3-第一精馏塔，4-第一再沸器，5-第一冷凝器，6-第一气液分离器，7-第一收集器，8-第二精馏塔，9-第二再沸器，10-第二冷凝器，11-第二气液分离器，12-过冷器，13-第二收集器，14-调节阀。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1，基于尾气冷能利用的二氧化碳精馏装置，包括进气换热器1，所述进气换热器1出口通过管道与原料气压缩机2的进口相连，原料气压缩机2的出口与第一精馏塔3中下部的原料气进口相连，第一精馏塔3顶部的气相出口与第一冷凝器5的气相进口相连，第一冷凝器5的气液混合相出口通过管道与第一气液分离器6的气体进口相连，第一气液分离器6的液相出口与第一精馏塔3上部的液相进口相连，第一气液分离器6的气相出口与第二冷凝器10的气相进口相连，第二冷却凝器的气液混合相出口通过管道与第二气液分离器11的气体进口相连，第二气液分离器11的液相出口与第二精馏塔8上部的液相进口相连；第二气液分离器11的气相出口通过管道与第二冷凝器10的冷却气进口相连，第二冷凝器10的冷却气出口与进气换热器1的冷却气进口相连，进气换热器1上还设置有冷却气出口。
本申请的技术方案中，原料气经进气换热器1换热后进入原料气压缩机2变为压缩气体，经管道进入第一精馏塔3中下部的原料气进口，第一再沸器4在第一精馏塔3内，冷凝下来的液体与上升的气体传质传热，最后落到第一塔釜，第一塔釜内的第一再沸器4把液体加热，一部分液体变成气体又上去，一部分流出来，从第一精馏塔3塔顶排出的气体经第一冷凝器5后进入第一气液分离器6，从第一气液分离器6液相口出来的液体进入第一精馏塔3上部的液相进口，从第一气液分离器6出来的气体和从从第二精馏塔8塔顶排出的低凝点的气体经第二冷凝器10后进入第二气液分离器11，分离后的液体进入第二精馏塔8上部的液相进口，第二精馏塔8内的第二再沸器9与第一精馏塔3内的第一再沸器4工作原理相同；第二气液分离器11分离后尾气通过第二冷凝器10对来自第一精馏塔3的塔顶排出的低凝点的气体换热，提供冷能，换热后的尾气温度降为-40～-48℃，尾气随后通过进气换热器1给原料气体降温，原料气体温度降低至20～24℃，之后放空尾气。将排放尾气的冷能分两次给***物料降温，冷能充分、科学利用，降低***能耗，同时给原料气降温，使更多的原料气进入二氧化碳压缩机，增加***产量，解决了上述现有的利用双塔精馏提纯制取食品级液体二氧化碳的过程中，冷能没有得到充分利用，导致了耗能高产能低的缺陷。
本申请的技术方案中，从第二气液分离器11出来的尾气管道上设置有调节阀14，目的是控制***压力，此外尾气进入第二冷凝器10时因管径变了就自动减压了。
实施例2
如图1，在实施例1的基础上，第一精馏塔3底部设置有液相出口与第一收集器7相连。
第一收集器7方便收集从第一精馏塔3底部出来的比二氧化碳重的组分，如水、羰基硫、苯、甲醇、硫化氢等。
实施例3
如图1，在实施例1的基础上，第二精馏塔8通过管道与过冷器12相连。
从第二精馏塔8塔低出来的液体二氧化碳经过冷器12后成为可收集的液体二氧化碳。
实施例4
如图1，在实施例3的基础上，过冷器12的一侧设置有第二收集器13，过冷器12通过管道与第二收集器13相连。
第二收集器13收集的即为符合国标GB 10621-2006食品级二氧化碳行业标准。
实施例5
如图1，一种基于尾气冷能利用的二氧化碳精馏装置的精馏方法，包括如下步骤：
(1)原料气体经进气换热器1后进入原料气压缩机2，通过原料气压缩机2变为2.3MPa的压缩气体，后经过双精馏分离，从第二精馏塔8塔底得到高纯度的液体二氧化碳，从第二精馏塔8塔顶排出温度为-20℃的低凝点的气体，从第一气液分离器6出来的气体和从从第二精馏塔8塔顶排出的低凝点的气体经第二冷凝器10后进入第二气液分离器11，从第二气液分离器11排出的尾气经减压后温度降至-63℃，分离后的液体进入第二精馏塔8上部的液相进口，进入原料气压缩机2的进口处的压力为18KPa，温度为35℃；
(2)第二气液分离器11分离后排出的尾气通过第二冷凝器10对来自第一精馏塔3的塔顶排出的低凝点的气体换热，提供冷能，换热后的尾气温度降为-40℃，尾气随后通过进气换热器1给原料气体降温，原料气体温度降低至20℃。
实施例6
如图1，在实施例5的基础上，(1)通过原料气压缩机2变为2.45MPa的压缩气体，从第二精馏塔8塔顶排出温度为-17℃的低凝点的气体，进入原料气压缩机2的进口处的压力为20KPa，温度为23℃，从第二气液分离器11排出的尾气经减压后温度降至-65℃；(2)换热后的尾气温度降为-45℃，尾气随后通过进气换热器1给原料气体降温，原料气体温度降低至23℃，其余步骤均同实施例5。
实施例7
如图1，在实施例5的基础上，(1)通过原料气压缩机2变为2.5MPa的压缩气体，从第二精馏塔8塔顶排出温度为-15℃的低凝点的气体，进入原料气压缩机2的进口处的压力为22KPa，温度为10℃，从第二气液分离器11排出的尾气经减压后温度降至-68℃；(2)换热后的尾气温度降为-48℃，尾气随后通过进气换热器1给原料气体降温，原料气体温度降低至24℃，其余步骤均同实施例5。
试验例
以双塔精馏分离工艺每小时产7吨液体二氧化碳为例，原料气CO2纯度88.3％、N2纯度11.2％，其余为微量组分。原料气进口压力20KPa、温度30℃，通过原料气压缩机2变为2.45MPa的压缩气体，后经过双精馏塔分离，从第二气液分离器11排出的尾气经减压后温度降至-68℃，尾气气量为665Nm3，通过第二精馏塔8塔顶的第二冷凝器10给来自第一精馏塔3的塔顶气换热，可提供7.5KW的冷量，换热后尾气温度降为-45℃。尾气随后通过进气换热器1给原料气降温，最终可将30℃的原料气降至23℃。这样可使原料气压缩机2在20KPa下每小时多处理583m3原料气，最终产量每小时可增加0.167吨，提高了2.4％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.基于尾气冷能利用的二氧化碳精馏装置，其特征在于：包括进气换热器(1)，所述进气换热器(1)出口通过管道与原料气压缩机(2)的进口相连，原料气压缩机(2)的出口与第一精馏塔(3)中下部的原料气进口相连，第一精馏塔(3)顶部的气相出口与第一冷凝器(5)的气相进口相连，第一冷凝器(5)的气液混合相出口通过管道与第一气液分离器(6)的气体进口相连，第一气液分离器(6)的液相出口与第一精馏塔(3)上部的液相进口相连，第一气液分离器(6)的气相出口与第二冷凝器(10)的气相进口相连，第二冷却凝器的气液混合相出口通过管道与第二气液分离器(11)的气体进口相连，第二气液分离器(11)的液相出口与第二精馏塔(8)上部的液相进口相连；第二气液分离器(11)的气相出口通过管道与第二冷凝器(10)的冷却气进口相连，第二冷凝器(10)的冷却气出口与进气换热器(1)的冷却气进口相连，进气换热器(1)上还设置有冷却气出口。
2.根据权利要求1所述的基于尾气冷能利用的二氧化碳精馏装置，其特征在于：第一精馏塔(3)底部设置有液相出口与第一收集器(7)相连。
3.根据权利要求1所述的基于尾气冷能利用的二氧化碳精馏装置，其特征在于：第二精馏塔(8)通过管道与过冷器(12)相连。
4.根据权利要求3所述的基于尾气冷能利用的二氧化碳精馏装置，其特征在于：过冷器(12)的一侧设置有第二收集器(13)，过冷器(12)通过管道与第二收集器(13)相连。
5.一种如权利要求1～4任一项所述的基于尾气冷能利用的二氧化碳精馏装置的精馏方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)原料气体经进气换热器(1)后进入原料气压缩机(2)，通过原料气压缩机(2)变为2.3～2.5MPa的压缩气体，后经过双精馏分离，从第二精馏塔(8)塔底得到高纯度的液体二氧化碳，从第二精馏塔(8)塔顶排出温度为-15～-20℃的低凝点的气体，从第一气液分离器(6)出来的气体和从从第二精馏塔(8)塔顶排出的低凝点的气体经第二冷凝器(10)后进入第二气液分离器(11)，从第二气液分离器(11)排出的尾气经减压后温度降至-63～-68℃，分离后的液体进入第二精馏塔(8)上部的液相进口；
(2)第二气液分离器(11)分离后排出的尾气通过第二冷凝器(10)对来自第一精馏塔(3)的塔顶排出的低凝点的气体换热，提供冷能，换热后的尾气温度降为-40～-48℃，尾气随后通过进气换热器(1)给原料气体降温，原料气体温度降低至20～24℃。
6.根据权利要求5所述的精馏方法，其特征在于，步骤(1)中进入原料气压缩机的进口处的压力为18～22KPa，温度为10～35℃。
7.根据权利要求6所述的精馏方法，其特征在于，步骤(1)中进入原料气压缩机的进口处的压力为20KPa，温度为23℃。
8.根据权利要求5所述的精馏方法，其特征在于，步骤(1)中通过原料气压缩机(2)变为2.45MPa的压缩气体，从第二精馏塔(8)塔顶排出温度为-68℃的低凝点的气体。
9.根据权利要求5所述的精馏方法，其特征在于，步骤(2)中换热后的尾气温度降为-45℃，尾气随后通过进气换热器(1)给原料气体降温，原料气体温度降低至23℃。
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